ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1. Актуальность темы

В связи с развитием науки и техники, во всем мире значительно увеличился интерес к органической химии, особенно к органической химии гетероатомных соединений, т.е. имеющих в своем составе кроме атома углерода другие атомы периодической системы Менделеева. Это связано с целым рядом особых свойств, проявляющихся у подобных веществ.
К данным свойствам можно отнести различные виды фунгицидной, акарицидной, фармакологической активности, новые оптические свойства получаемых органических соединений, возможность их применения во многих отраслях человеческой деятельности.
Практически можно сказать, что человека на протяжении всей его жизни окружает химия в своих различных проявлениях, причем все процессы в его организме протекают по законам органической и биоорганической химии.
Промышленность органического синтеза - одна из наиболее быстро развивающихся во всем капиталистичеком мире, достижения прикладной и теоретической органической химии там невозможно переоценить, что известно немногим на просторах бывшего Союза ССР.
Органическая химия - достаточно затратная и тяжелая область практической деятельности, однако потенциальные блага, получаемые в результате исследований, неоценимы по сравнению с затраенным трудом. Это и новые химические агенты, и конструкционные материалы с фантастическими свойствами, и органические проводники (в т.ч. "органические металлы") и полупроводники, и новые лекарства, и краски, и моющие средства и этот список можно продолжать практически бесконечно.

2. Научная новизна

Химических соединений к данному моменту синтезировано не менее 10 млн., из них большинство - органические. Это связано с особыми свойствами углерода, из которого практически полностью они состоят. Этот элемент способен образовывать огромное количество различных классов соединений с почти любым атомом периодической системы элементов, а также создавать собственные длинные, разветвленные и неразветвленные, цепочки, многочленные кольца и другие структуры.
Поэтому при достаточно большом количестве атомов, входящих в данное соединение, количество только структурно изомерных ему соединений может превышать тысячи и десятки тысяч веществ, а ведь существует не только структурная, но и другие виды изомерии, например, оптическая. Соответственно, возможности, открывающиеся перед химиками-органиками в деле синтеза новых веществ с различными свойствами, практически безбрежны.
На данном этапе развития науки и техники большую роль в поиске новых полезных свойств играет т.н. скрининговый метод. Его сущность заключается в исследовании заданного класса соединений с различными заместителями. Особенно часто он применяется в фармакологии. Он оправдывает себя при относительно ограниченном количестве веществ, попадающих на анализ.
Однако, исходя из вышесказанного, можно предположить бесперспективность этого метода в будущем, особенно при дальнейшем развитии биохимии и получении соединений с заданными свойствами непосредственно для решения конкретной задачи, но такие исследования пока достаточно дороги. Одним из положительных результатов скрининга является практическое подтверждение факта,что подобные соединения имеют похожие свойства.
Из предыдущих исследований, выполненных в Донецком национальном техническом университете [1] стало известно о высокой фармакологической активности и избирательности ароматических сульфохлоридов. Работы были продолжены и данное исследование выполняется в рамках целой серии подобных разработок, ведущихся на кафедрах "Общая химия" и "Физическая и Органическая химия" ДонНТУ [2-5].
При глубоком изучении темы с привлечение сетевых технологий выяснилось, что подобные исследования для данного типа веществ в мире практически не ведутся, хотя они обладают огромным потенциалом. Выполняемые исследования по теоретической и прикладной ценности не уступают зарубежным разработкам в этой области, однако материально-техническое их обеспечение недостаточно.

3. Практическая ценность диссертации

Впервые с 1967 г. были синтезированы сульфохлориды анилидов сульфокислот, в том числе новые, ранее не описанные соединения. Модифицированы известные методики синтеза, прослежено влияние факторов внешней среды на синтез.
Проведенные кинетические исследования дали интересные результаты, в том числе практическое достижение изокинетической точки по растворителю, что ранее предполагалось в науке только теоретическим расчетным моментом.
Ставится вопрос о исследовании изучаемых веществ на фармакологическую активность, что зависит от материального обеспечения исследований.

4. Апробация работы

По результатам работы сделаны доклады на:
2-й Международной научной конференции аспирантов и студентов "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" (г.Донецк, Украина, 16 - 18 апреля 2003 года).
5-й Региональной конференции студентов и молодых ученых по актуальным вопросам химии (г. Днепропетровске 2 - 4 июня 2003 г.)
Готовится к отправке статья "ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ N-АРЕНСУЛЬФОНИЛЬНОГО ФРАГМЕНТА НА РЕАКЦИОННОСТЬ СУЛЬФОХЛОРИДОВ АНИЛИДОВ СУЛЬФОКИСЛОТ В УСЛОВИЯХ НЕЙТРАЛЬНОГО ГИДРОЛИЗА",

Содержание диссертации

1. Общие положения

Диссертацию можно разделить на три большие самостоятельные части - синтетическую, кинетическую и обработку экспериментальных данных. Каждая из них имеет свои особенности.

1.1 Синтез сульфохлоридов анилидов сульфокислот

Были синтезированы соединения двух рядов:











Синтез сульфохлоридов анилидов сульфокислот осуществлялся по следующей цепочке:

• -синтез анилидов соответствующих сульфокислот путем реакции аренсульфохлорида и 2,4 - либо 2,6 - ксилидина [6] в водной среде в присутствии избытка NaHCO3 для связывания выделяющейся соляной кислоты. Реакция проводится при небольшом нагревании - порядка 60 - 80 оС. Полученный продукт очищают переосаждением из щелочи.
• -синтез N-метил замещенных анилидов сульфокислот при взаимодействии полученного на предыдущей стадии анилида и диметилсульфата. Реакция проводится в установке, показанной на рисунке
  при нагревании на масляной бане до 65 - 70 оС, постепеной подаче избытка диметилсульфата через капельную воронку в реакционную массу и постоянном контроле за температурой.
• -сульфохлорирование проводят хлорсульфоновой кислотой при температуре 0 оС в течение нескольких дней. Полученный продукт выливают на лед и затем отмывают от остатков серной и соляной кислот. Отмытое вещество при необходимости перекристаллизовывают.

1.2 Кинетические исследования нейтрального гидролиза сульфохлоридов анилидов сульфокислот

Исследования проводились в среде 70 % водного диоксана (объемн.), в условиях псевдопервого порядка по растворителю, чего добивались многократным его избытком, в области температур 291 - 323 оС. Кинетические измерения проводились в условиях постоянной температуры, поддерживаемой в термостате с точностью до 0,1 оС и постоянного состава исходного раствора, чего добивались герметичностью посуды для хранения реагентов и проведения измерений, глубокой очисткой субстратов и растворителей, тщательным контролем за ходом реакции по секундомеру, использованием только калиброванной посуды для смешения реагентов и обора проб.
Кинетический эксперимент проводился согласно следующей методике:

• на аналитических весах взвешивают навеску исходного сульфохлорида с точность до 0,0002 г и растворяют ее в 35 мл кинетически чистого диоксана;
• в чистую сухую колбу наливают ~ 30 мл бидистиллята и обе колбы остав-ляют термостатироваться в течение не менее 20 мин;
• для контроля за ходом реакции набирают в 7 - 8 колб бидистиллированной воды и охлаждают ее до полного замерзания;
• калиброванную бюретку емкостью 5 мл промывают титрованной щелочью KOH не менее 5 - 7 раз для сохранения постоянства состава щелочи;
• при достаточном термостатировании быстро добавляют пипеткой Мора 15 мл бидистиллята в колбу с растворенным в диоксане сульфохлоридом, при прохождении утолщения начинают отсчет времени протекания реакции;
• через определенные промежутки времени, в зависимости от температуры проведения исследования и структуры субстрата, отбирают пробы по 5 мл раствора, выливают их в колбу со льдом и индикатором бромкрезоловым пурупурным для практической остановки реакции, при этом отмечают время отбора пробы;
• пробу быстро титруют щелочью, стараясь, чтобы все операции занимали не более 1,5 - 2 минут для уменьшения неизбежных ошибок, до перехода окраски индикатора из ярко-желтой в буро-розовую и далее в фиолетовую;
• объем щелочи, пошедшей на титрование, замечают по нижнему мениску жидкости в микробюретке.

kэфф = 1/t*ln(b/(b-x)),

b = ((mнав*2000*Vал. ч.)/(Mнав*Vр-ра*CKOH)),

1.3 Обработка экспериментальных данных

Полученные данные сведены в таблицу
Обработка результатов эксперимента проводилась с использованием методов математической статистики, построения гамметовских и аррениусовских зависимостей. По данным эксперимента были найдены значения активационных параметров переходного состояния (ПС), значения sigma-констант для сульфамидной группы в условиях эксперимента, изучен кинетический изотопный эффект, подтвердивший механизм реакции замещения как бимолекулярный SN2 типа. Экспериментально дстигнута изокинетическая точка по температуре для обеих серий субстратов в рабочей области температур,
достижения котрой фиксировалось очень четко: в точке, указанной стрелкой сумма квадратов расхождений прямых в аррениусовких координатах составляла не более 10-7 логарифмических единиц. Обработка эсперимента показала большую неоднозначность в изменениях активационных параметров ПС при прохождении изокинетической точки, поэтому необходимы дальнейшие исследования кинетики гидролиза в более широком интервале температур.

Выводы

Для данного ряда соединений подтвержден бимолекулярный механизм нуклеофильного замещения а также наличие ускоряющего эффекта алкильных групп, находящихся в орто-положении к реакционному центру. По данным кинетических исследований рассчитаны активационные параметры реакционной серии, достигнута экспериментально и подтверждена изокинетическая точка по температуре на основании расчета по модифицированному методу Экснера [7] и экспериментальным данным, установлена взаимосвязь структура субстрата - реакционная способность, определены значения sigma - констант для сульфамидной группы.
Данные, полученные в этой работе позволяют дополнить существующую выборку для создания теории положительно орто-эффекта нуклеофильного замещения у сульфонильного атома серы, причем сходимость и однородность настоящих данных и результатов предыдущих исследований [1] в этой области подтверждена расчетным путем с коэффициентом коррелляции R = 0,999.
Данные сульфохлориды могут широко применяться в фармацевтике, что показано в работе на модельной серии сульфохлоридов, проявивших высокую антимикробную активность. Для получения этих соединений представляется возможным использовать отходы сернокислотной очистки фракции БТК коксохимических предприятий после соответствующей обработки и выделения сульфопроизводных аренов.

Перечень ссылок

1. Диссертация на соискание научной степени кандидита химических наук.
   Соискатель - Рублева Л.И. Донецк, 1991
2. Визгерт Р. В., Рублева Л. И., Максименко Н. Н. // Журн. орган. химии . - 1989 . - 25, N 4. - С. 810 - 814.
3. Визгерт Р. В., Рублева Л. И., Максименко Н. Н. // Там же. - 1990. - 26, N 12. - С. 2605 - 2609.
4. Рублева Л. И., Максименко Н. Н., Визгерт Р. В. // Кинетика и катализ. - 1992. - 33, N 1. - C. 43 - 48.
5. Рублева Л. И., Крутько И. Н. // Укр. хим. журн. - 2002. - 68, N 4. - С. 118 - 120.
6. Мысык Д. Д., Бурмистров С. И. // Журн. орган. химии. - 1967. - 3 , N 9. - С. 1667 - 1669
7. Шмид В. Н., Сапунов В. Н. Неформальная кинетика. В поисках путей химических реакций. - М.: Мир. 1985.